Промышленное и гражданское строительство

Строительные машины

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Рабочие органы, с помощью которых грунт отделяется от массива (зубья ковшей, бульдозерных отвалов, рыхлителей—  4.1, а), называют землеройными. В конструкциях землеройных и землеройно-транспортных машин, рабочий процесс которых состоит из последовательно выполняемых операций отделения грунта от массива, его перемещения и отсыпки, землеройные рабочие органы совмещают с транспортирующими - - ковшами (экскаваторы, скреперы) или отвалами (бульдозеры, грейдеры), называя первые ковшовыми, а вторые — отвальными. Ковшовый рабочий орган представляет собой емкость с режущей кромкой, оснащенной зубьями ( 4,1", в...г, е) или без них (рис-  4.1,  д,  ж.  л). Ковши  с  режущими кромками без зубьев чаще применяют для разработки малосвязных песков и супесей, а ковши с зубьями — в основном для разработки суглинков, глин и прочных скальных грунтов. В режиме разработки грунта ковш перемешается так, что его режущая кромка или зубья внедряются в грунт, отделяя его от массива. Разрыхленный грунт поступает в ковш для последующего перемещения в нем к месту разгрузки. Отвальные рабочие органы оборудуют в нижней части ножами ( 4.1, в), в этом случае их называют ножевыми. Для разрушения более прочных грунтов на ножи дополнительно устанавливают зубья. Рабочий процесс отвального рабочего органа аналогичен описанному выше. Режушая часть землеройного рабочего органа имеет форму заостренного клина ( 4.2), ограниченного переднем / и задней § гранями. Линию пересечения этих гранен 2 называют режущей кромкой. Параметрами режущего клина служат: угол заострения v, угол резания б и задний угол в. Углы б и 6 образуются наклоном соответственно передней и задней граней  к  направлению  движения  режущего клина, а угол заострения v=6 — В. Внедряясь в грунт, режущий клин отделяет его часть, называемую стружкой. Форма и размеры последней зависят от вида разрабатываемого грунта ( 4Я, а...е). После проходки режущего клина в грунте образуется выемка с трапецеидальным поперечным сечением, расширяющимся кверху ( 4.3, в). Грунт отделяется от массива по граничным поверхностям выемки путем сдвига по части периметра BCDE и отрывом по поверхностям ЛИ и ЕР, Си-отношения размеров поперечного сечении выемки различны для разных i рунтов: скалывающимся связным грунтам соответствуют большие, а пластичным грунтам — меньшие расширения грунтовой прорези в ее верхней части. Экспериментально установлено, что для одних и тех же грунтов при определенной ширине режущей кромки Ь с увеличением толщины среза с приложенные к рабочему органу усилия растут медленнее площади поперечного сечения выемки. Такая закономерность, характеризуемая снижением энергоемкости рассматриваемого процесса при увеличении толщины среза, наблюдается до определенного предела £ = С*р, называемого критической глубиной резания. При дальнейшем увеличении толщины среза энергоемкость процесса возрастает. При этом изменяется в основном глубина центральной части прорези (штриховая линия на  4.3, г), а размер по верхней части практически остается неизменным. Следовательно, для снижения  энергоемкости   разработки   грунта

толщину среза необходимо поддерживать на уровне ее критического значения. Этого добиваются как при эксплуатации машин путем управления рабочими движениями, так и при создании машин подбором соответствующей ширины режущей кромки землеройного рабочего органа.

Обычно грунты разрабатывают послойно, снимая последующий слой после предыдущей проходки рабочего органа или серии таких проходок. Перед снятием очередного слоя, кроме первого, подлежащая разработке поверхность грунта представляет собой чередующиеся гребни и впадины, образованные в результате предыдущих проходок ( 4.4). При последующей разработке грунта по гребням ( 4-4, а) затрачивается меньше энергии, чем при разработке по впадинам ( 4.4, б) вследствие того, что во втором случае преодолеваются в основном сопротивления сдвигу грунта, которые по удельным значениям (на единицу площади поверхности, по которой происходит отделение грунта) значительно превосходят сопротивления отрыву грунта, характерные для первого случая. Первая схема также предпочтительна по суммарной площади поперечного сечения отделенного от массива грунта, а следовательно, она обеспечивает более высокую производительность. Результаты атого анализа широко используются в практике разработки грунтов, а также при проектировании рабочих органов .многоковшовых экскаваторов, где режущие элементы располагаются в определенном порядке, обеспечивающем минимум энергоемкости землеройного процесса.

В рассмотренном взаимодействии режущего   клина   с   грунтом   предполагалось

 наличие на рабочем органе режущей кромка, что возможно только в случае острых режущих органов. В процессе эксплуатации землеройные рабочие органы (зубья, режущие кромки ковшей, ножи бульдозерных отвалов и т. п.), взаимодействуя с грунтом, обладающим абразивными свойствами, изнашиваются и затупляются. При этом между передней и задней гранями режущего рабочего органа образуется поверхность, близкая к цилиндрической, без явно выраженной режущей кромки. При разработке грунта таким рабочим органом в зоне поверхности затупления образуется грунтовый нарост—-ядро / ( 4.5J, которое перемещается вместе с рабочим органом, как бы восполняя его изношенную часть. Перемещаемая вверх по передней грани режущего рабочего органа стружка будет отделяться от массива по поверхности, расположенной несколько выше следа рабочего органа в соответствии с формой и размерами грунтового ядра. Часть грунта 2 между поверхностью раздела и следом рабочего органа при проходке последнего уплотнится в оставшийся массив грунта. Из сравнения взаимодействия с грунтом острого и затупленного рабочих органов следует, что в последнем случае возникают дополнительные сопротивления уплотнению   грунта   и   повышенных   сил

трения между грунтом и уплотненным ядром, а также между ядром и отделяемой стружкой. С увеличением затупления режущего рабочего органа энергоемкость процесса разработки грунта возрастает.

Для повышения износостойкости режущих рабочих органов переднюю грань упрочняют твердым сплавом в виде наплавок износостойкими электродами или напаек из металлокерамических твердосплавных пластин. Последние более эффективны по сравнению с наплавками. Они обладают высокой твердостью (несколько выше твердости оксида кремния, содержащегося в песчаных грунтах), но подвержены хрупкому разрушению при встрече с валунами. Упрочненные по передней грани землеройные рабочие органы обладают эффектом самозатачивания, который проявляется в том, что державка рабочего органа / { 4.6), имеющая более низкую твердость по сравнению с упрочняющим слоем 2, изнашивается быстрее последнего (формы износа показаны на  4.6 тонкими линиями), так что рабочий орган во все время работы остается практически острым с затуплением лишь по толщине упрочняющего слоя. Такие рабочие органы обеспечивают менее энергоемкую разработку грунта но сравнению с рабочими органами без упрочнения.

По существу, удельным сопротивлением грунта копанию определяется трудность его разработки. По этому критерий, а также по средней плотности в плотном состоянии грунты делят на группы, используемые для определения норм выработки при механизированных земляных работал. Согласно этой классификации одни и те же грунты могут быть отнесены к различным группам в зависимости от того, какими машинами они разрабатываются. Это затрудняет сравнительную оценку землеройных машин, реализующих различные способы разработки грунтов, в связи с чем при проектировании и испытаниях указанных машин пользуются научно обоснованной классификацией немерзлых землистых грунтов но методу проф. А. Н. Зеленина, в основу которой положена сопротивляемость грунтов внедрению в них плоского штампа — стержня (табл. 4.1).

Как отмечалось выше, землеройные рабочие органы обычно объединяют с транспортирующими ковшовыми или отвальными органами, конструкция, форма и размеры которых должны удовлетворять требованиям землеройного процесса. Основным параметром ковша является его вместимость, которая должна быть достаточной для накопления в нем грунта, отрытого за один рабочий цикл. Рассчитывая вместимость ковша, учитывают, что при разрыхлении грунт увеличивается в объеме. Это увеличение характеризуется коэффициентом разрыхления (ем. табл. 4.11, равным отношению объемов грунта определенной массы после и до разрыхления. Ту же способность накапливать грунт перед отвальным рабочим органом оценивают длиной и высотой последнего, а также размерами боковых щек и открылков. При расчете этих размеров кроме разрых-ляемостн грунта учитывают его способность сохранять устойчивое положение в естественном откосе, характеризуемую либо крутизной откоса, равной отношению его заложения к высоте, либо углом естественного откоса по отношению к горизонту, который изменяется для сухих грунтов от 25° (для мелких песков! до 50' (для суглинков). С повышением влажности этот коэффициент уменьшается в большей мере для связных глинистых, растительных и торфянистых грунтов, составляя 14...15° в их мокром состоянии, в меньшей мере для малосвязных песков, суглинков и гравия — 20...35".

Большая часть грунтов, особенно влажных, обладает способностью прилипать к рабочим поверхностям землеройных и транспортирующих рабочих органов. При разгрузке часть грунта остается на внутренних поверхностях рабочего органа, вследствие чего уменьшается его вмести-, мость, повышаются сопротивления перемещению грунта по рабочему органу, снижается производительность землеройной мапгины. Это свойство грунтов учитывают при конструировании и изготовлении землеройных рабочих органов, придавая им соответствующие формы, в также оборудуя их специальными очистными устройствами. В процессе эксплуатации землеройных машин их рабочие органы периодически очищают внешними средствами, кроме того, осуществляют газовую и жидкостную смазки рабочих поверхностей землеройных органов, их облицовку полимерами и др. Однако широкого промышленного применения последние три способа пока не получили из-за их дороговизны и сложной технологии производства.

Описанное выше взаимодействие землеройных рабочих органов с грунтом справедливо главным образом для грунтов не.мерзлого состояния. При замерзании свойства грунтов изменяются прежде всего из-за цементирующего влияния замерзшей воды, находящейся в их порах, повышаются их прочность, абразивность, связность. Разработка таких грунтов традиционными способами становится малоэффективной.